Obrovské molekuly mohou být díky kvantové fyzice na dvou místech najednou.
To je něco, co vědci dlouho věděli, teoreticky pravdivé na základě několika faktů: Každá částice nebo skupina částic ve vesmíru je také vlna - dokonce i velké částice, dokonce bakterie, dokonce i lidské bytosti, dokonce planety a hvězdy. A vlny zabírají více míst ve vesmíru najednou. Takže každý kus hmoty může také zabírat dvě místa najednou. Fyzikové nazývají tento jev „kvantovou superpozicí“ a po celá desetiletí ji demonstrovali pomocí malých částic.
Ale v posledních letech fyzikové rozšířili své experimenty a demonstrovali kvantovou superpozici s použitím větších a větších částic. Nyní, v novinách publikovaných 23. září v časopise Nature Physics, mezinárodní tým vědců způsobil, že molekula tvořená až 2 000 atomů obsadí dvě místa současně.
Aby to bylo možné, vědci vytvořili komplikovanou, modernizovanou verzi řady slavných starých experimentů, které nejprve prokázaly kvantovou superpozici.
Vědci dlouho věděli, že světlo, vystřelené skrz desku se dvěma štěrbinami v ní, vytvoří na stěně za plachtou interferenční obrazec nebo řadu světlých a tmavých třásní. Ale světlo bylo chápáno jako bezmasá vlna, ne něco z částic, takže to nebylo překvapivé. Ve sérii slavných experimentů ve dvacátých letech však fyzikové ukázali, že elektrony vystřelené tenkými filmy nebo krystaly by se chovaly podobným způsobem a vytvářely vzory jako světlo na zdi za rozptylujícím materiálem.
Kdyby elektrony byly jednoduše částice, a tak mohly zabrat pouze jeden bod v prostoru najednou, vytvořily by dva pruhy, zhruba tvar štěrbin, na stěně za filmem nebo krystalem. Ale místo toho elektrony zasáhly tuto stěnu ve složitých vzorcích, což naznačuje, že elektrony zasahovaly do sebe. To je výmluvný znak vlny; v některých bodech se vrcholy vln shodují a vytvářejí jasnější regiony, zatímco v jiných bodech se vrcholy kryjí se žlaby, takže se navzájem ruší a vytvářejí tmavou oblast. Protože fyzici již věděli, že elektrony mají hmotnost a byly určitě částice, experiment ukázal, že hmota působí jako jednotlivé částice i jako vlny.
Ale jedna věc je vytvořit interferenční vzorec s elektrony. Dělat to s obřími molekulami je mnohem složitější. Větší molekuly mají méně snadno detekovatelné vlny, protože masivnější objekty mají kratší vlnové délky, což může vést k stěží vnímatelným interferenčním vzorcům. A tyto částice o 2 000 atomech mají vlnové délky menší než průměr jednoho atomu vodíku, takže jejich interferenční obrazec je mnohem méně dramatický.
Vědci postavili stroj, který mohl vypálit dvojitý štěrbinový experiment pro velké věci, který mohl vystřelit paprsek molekul (hromadí věci nazývané „oligo-tetrafenylporfyriny obohacené fluoroalkylsulfanylovými řetězci“, což je více než 25 000krát více než hmotnost jednoduchého atomu vodíku) ) prostřednictvím řady mřížek a plechů nesoucích několik štěrbin. Paprsek byl dlouhý asi 2 metry. To je dost velké, aby vědci při navrhování emitoru paprsků museli brát v úvahu faktory jako gravitace a rotace Země. Také udržovali molekuly docela teplé pro experiment s kvantovou fyzikou, takže museli odpovídat za teplo, které částice pohlcuje.
Ale přesto, když vědci zapnul stroj, detektory na druhém konci paprsku odhalily interferenční obrazec. Molekuly zabíraly více bodů najednou.
Je to vzrušující výsledek, jak vědci psali, dokazující kvantové rušení ve větších měřítcích, než kdy bylo detekováno.
"Příští generace experimentů s vlnami hmoty bude tlačit hmotu o řádovou velikost," napsali autoři.
Přicházejí tedy ještě větší demonstrace kvantového rušení, i když pravděpodobně nebude možné vystřelit se interferometrem v dohledné době. (Především by vás vakuum ve stroji pravděpodobně zabilo.) Obří bytosti nás prostě budou muset sedět na jednom místě a sledovat, jak se částice baví.
